微觀世界：人類是否能夠走得更遠(yuǎn)？

 

你的細(xì)菌同伴們吵鬧地從你旁邊經(jīng)過，他們的能量來自于可逆的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)，這驅(qū)動他們以高達(dá)每秒20倍身體長度的距離前進(jìn)。如果類比的話，這個速度在人類世界中需要借助發(fā)動機(jī)才能達(dá)到。

 

細(xì)菌是很容易找到食物的，營養(yǎng)物通過分子擴(kuò)散就輕易到達(dá)細(xì)菌的表面。然而，細(xì)菌也和大型生物一樣，會被捕食者獵取，也可能被病原體感染。

 

對于我們?nèi)祟悂碚f，這種拇指湯姆（注：西方童話故事，湯姆比大拇指還要小）的宇宙并沒有太多的意義，人類更多地關(guān)心能夠看到和觸摸到的物體。事實上，直到英國發(fā)明家羅伯特·胡克（Robert Hooke）在1665年發(fā)明了顯微鏡之前，人們對微觀世界一無所知，是光學(xué)的發(fā)展將人們帶進(jìn)了這美妙的微觀世界。

 

生命是永無止境的藍(lán)圖

 

從那以后，人類對于生命的極度復(fù)雜性的認(rèn)識覺醒了，時至今日我們?nèi)匀辉跒橹�努力。我們必須接受的事實是一茶勺的水、泥土或冰里面充滿了上百萬從沒有被發(fā)現(xiàn)或命名的微生物。這種令人眼花繚亂的多樣性在地球每一個角落和縫隙中都存在著。人們嘴里的每個牙齒上都有至少100,000個細(xì)菌；火車和公共汽車欄桿、座椅和其他設(shè)施上正進(jìn)行著名副其實地細(xì)菌動物園的狂歡，更不用說還有食肉細(xì)菌了。

 

然而，這并不是微觀世界的全部，讓我們一起進(jìn)入更小、更復(fù)雜并且更離奇的生命奇觀吧。

 

微觀顯像下的生命過程

 

傳統(tǒng)的顯微鏡能夠達(dá)到微米量級，而現(xiàn)今的21世紀(jì)，感謝X射線和激光技術(shù)，人們可以觀察到納米或者說十億分之一米的原子量級，可以記錄下某些支持生命的最基本功能，比如光合作用的精彩瞬間。

由X射線成像快照制成的電影（一秒鐘可以得到100萬億張圖像）展示出在光合作用過程中分子機(jī)器的內(nèi)部工作。在綠色植物的光合作用中，周圍圍繞著蛋白質(zhì)的錳原子將水分解并將二氧化碳作為食物吞掉。大自然也利用同樣的機(jī)理，配合著電子傳輸反應(yīng)，產(chǎn)生了地球上生命所必須的氧氣。類似的電影還可以展示當(dāng)光線到達(dá)人的視網(wǎng)膜并與光敏蛋白質(zhì)接觸時所發(fā)生的反應(yīng)。

這樣的影像可以使科學(xué)家們對許多生物學(xué)和藥學(xué)上的重要課題進(jìn)行更深入地研究，有助于研制出更有效的藥物促進(jìn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展；植物學(xué)家通過微觀影像了解光合作用對于植物王國的驅(qū)動力和無數(shù)依賴這個過程生長的生物有重要的研究意義。

建立于微觀世界中的全新工業(yè)

納米科技的快速發(fā)展使得人類社會邁進(jìn)了嶄新的階段。人們最直觀的得以受益的方面就是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用納米生物技術(shù)會發(fā)展出新的更有效的藥物，例如借助X射線或激光生產(chǎn)出用于治療高血壓的藥品。此外，納米生物技術(shù)會更積極地致力于精確地模擬生物機(jī)理，模擬出當(dāng)作為載體的納米顆粒到達(dá)癌細(xì)胞時的具體行為，為癌癥患者提供一線生機(jī)。

目前，人們正在進(jìn)入“加工分子”的時代。在不遠(yuǎn)的將來，會制造出足夠小的能在分子量級工作的“納米機(jī)器人”，使得它能夠操控細(xì)胞內(nèi)的分子過程。也許有一天它們會足夠微小而把藥品送到特定的分子部位，這樣或許有一天“納米機(jī)器人”也可以做手術(shù)。

科學(xué)是一把雙刃劍

微觀世界并不是人類能夠直接影響的設(shè)計，用常規(guī)的手段幾乎不能了解它的運行規(guī)律。這就意味著這些過程也會有有害的一面，迄今為止，人類還無法全面控制可能的風(fēng)險。

回到人類現(xiàn)實世界的大小，在現(xiàn)實世界中人們有例如環(huán)境影響評估和毒藥學(xué)測試的測評程序，這些概念能否應(yīng)用于納米工程分子結(jié)構(gòu)？也許有一天人類的垃圾回收中心（或者甚至是垃圾填埋場）堆滿了具有復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的電子垃圾，而人們對其可能帶來的環(huán)境影響一無所知。

這可能過于科幻了，但是在一些化妝品、顏料、服裝等產(chǎn)品中已經(jīng)應(yīng)用了可能會有潛在風(fēng)險的礦物納米顆粒，其中一些肯定會進(jìn)入宏觀世界，比如從人們的淋浴廢水進(jìn)入污水處理廠。有人猜測其可能在水體和土壤中“野化”了，然而這些推測只是來自細(xì)粉或塑料，它們的表面可以成為無機(jī)和有機(jī)污染物的載體，但是它們比納米顆粒要大得多。這些問題目前還沒有引起污水處理行業(yè)的重視。即使是那些名聲在外的一級污水處理廠也只處理病原體，幾乎不關(guān)注納米顆粒廢物。

納米顆粒的尺寸、形狀、表面積和在寬廣的大自然中的行為使得人們無法設(shè)想如何最好地控制它們。因此，應(yīng)用納米科技時，應(yīng)充分考慮其對大自然的影響，將可能的風(fēng)險降至最低。